Die Magnetinspektion ist ein kritischer Aspekt bei der Konstruktion und dem Betrieb von Windkraftanlagen. Die Leistung der Turbine ist eng mit der Homogenität der Magnetfeldverteilung in den Dauermagneten verbunden. In dieser Fallstudie suchte ein führender Hersteller mit Sitz in Skandinavien nach einer Lösung, um die Magnetfeldverteilung und die Qualität der großen Magnete mit gekrümmter Oberfläche in seinen Turbinen zu prüfen. Zu diesem Zweck wurde Magcams neuestes Modul zum Scannen von gekrümmten Magnetkonturen in Magcams MagScope-Software eingesetzt, wobei Magcams Combi-Scanner mit einem zusätzlichen Lasersensor für Abstandsmessungen verwendet wurde.
Prüfung der Magnetfeldverteilung von großen gekrümmten Oberflächenmagneten, die in Windkraftanlagen verwendet werden, mit Magcams Konturenscannerlösung
STECKBRIEF
HERAUSFORDERUNGEN
Eine der größten Herausforderungen, auf die der Hersteller von Windkraftanlagen bei diesem Verfahren stieß, war die Größe und Form der in der Turbine verwendeten Magnete. Die Magnete waren groß und unterschiedlich geformt, was eine genaue Messung der Magnetfeldverteilung erschwerte. Darüber hinaus machten die jüngsten Entwicklungen bei großen Windkraftgeneratoren eine Optimierung der Form der Permanentmagnete erforderlich, was den Entwurfsprozess zusätzlich erschwerte. Die Leistungsmodule der Turbine enthalten vormontierte, gebogene Oberflächenmagnete mit Abmessungen von bis zu 140x80x30 mm. Auf der Musterebene dieser Anwendung sind die Oberflächen der Magnete flach. Auf Komponentenebene werden jedoch Magnete mit gekrümmten Oberflächen verwendet.
LÖSUNG
Um diesen Herausforderungen zu begegnen, hat Magcam die neueste Lösung für das Scannen von gekrümmten Magnetkonturen entwickelt, die MagScope, Magcams selbst entwickelte Software, verwendet. Diese Lösung ermöglicht die genaue Messung von Magnetfeldverteilungen auf gekrümmten magnetischen Oberflächen genauso genau wie auf flachen magnetischen Oberflächen. Da die Krümmung ein wesentlicher Gesichtspunkt bei der Konstruktion dieser Turbinen ist, erleichtert die Magcam-Lösung zur Konturabtastung die Überprüfung von Dauermagnetmodul-Baugruppen in einem frühen Stadium.
Diese großen, gekrümmten Magnete befinden sich in einer speziellen Halteklammer, die auf dem Rotortisch des Scanners während der Messung. Ein vorläufiger Halter wurde vom Kunden zur Verfügung gestellt. Dennoch entwickelte Magcam in der Folge eine 3D-gedruckte Mehrzweck-Halteklammer in der Magcam-Werkstatt, die eine einfache Montage verschiedener Magnettypen auf derselben Halteklammer ermöglicht.
Bei diesem Aufbau wird die Form und Position des Magneten zunächst mit dem Combi-Scanner der Magcam im Rotormodus per Laser gemessen. Der nächste Schritt bestand darin, den Scanpfad so zu bestimmen, dass die MiniCube 3D-Magnetfeldkamera immer senkrecht zur Magnetoberfläche ausgerichtet ist. Außerdem muss der Pfad glatt sein, um qualitativ hochwertige Messungen zu erhalten und innerhalb der Spezifikationen des Scanners zu liegen.
Magcam ist dies durch die gleichzeitige Bewegung der Linear- und Rotationsachse gelungen. Aufeinanderfolgende Bänder werden über die Magnethöhe gemessen. Alle Bänder werden nahtlos zusammengefügt, um ein vollständiges Bild des Magnetfelds mit den Standard-MagScope-Funktionen zu erstellen.
ERGEBNISSE DER MAGNETPRÜFUNG
Erste Tests mit Blockmagneten
Erste Tests mit Blockmagneten ohne Krümmung wurden im Labor von Magcam in Belgien durchgeführt. Die Blockmagnete haben eine rechteckige Form von 60x75x20 mm. Bei der ersten Prüfung wurde die Magnetfeldverteilung in einem Abstand von 0,5 mm von der Magnetoberfläche gemessen. Der Messbereich wurde auf bis zu 20 mm größer als die physischen Magnetkanten ausgedehnt, um das gesamte Magnetfeld und sein Verhalten zu erfassen.
Die Ergebnisse wurden dem Kunden in Form eines Videos des Prüfverfahrens, verschiedener Fotos des Prüfaufbaus, Screenshots der MagScope-Analysesoftware und roher Magnetfeldmessdaten in einem lesbaren .csv-Format zur weiteren Analyse und Überprüfung zur Verfügung gestellt.
Prüfung von gekrümmten Magneten
Anschließend wurden Tests mit gebogenen Magneten durchgeführt, und die Ergebnisse stimmten mit den Erwartungen des Herstellers überein. Der Hersteller nutzte diese Daten, um das Design und die Leistung der Turbinenmagnete zu optimieren und so maximale Effizienz und Leistung zu gewährleisten.
Ein Teil dieses Messverfahrens besteht darin, die Messungen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung über die Magnetoberfläche zu nutzen. Es wurde ein Gleichgewicht zwischen Bewegungsgeschwindigkeit, Oberflächenauflösung und Messabstand gefunden, das vom Endbenutzer in MagScope eingestellt werden kann.
Als wesentlicher Bestandteil des leistungsstarken Magnetfeld-Scanning-Systems wurde MagScope mit verschiedenen neuen Mess- und Analysefunktionen und Verbesserungen der Benutzeroberfläche aufgerüstet.
Die Messung der Magnetfeldverteilung ist nur der erste Schritt zur Erfassung der Magnetfeldverteilungsdaten, bevor die Daten im Detail analysiert werden. In der Magnetfeldverteilung sind zahllose Informationen über die Qualität des gemessenen Magneten verborgen. Durch die Verwendung der richtigen Analysealgorithmen wird es möglich, ein Maximum an Informationen aus den Rohdaten zu extrahieren.
Die während des Messscans erfassten Daten können in verschiedenen Formaten gespeichert werden. So kann beispielsweise das binäre.mcb-Format der Magcam in MagScope geöffnet, erneut analysiert oder nachbearbeitet werden. Magcam bietet auch ein .csv-Format an, das leicht in andere Analysetools wie Excel, MATLAB usw. importiert werden kann.
Das Ergebnis der Magcam-Prüfung sind die Magneteigenschaften der Dauermagnete der Windturbinen nach einer Magnetisierung vor der Montage wie folgt:
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Detaillierte Formen der 3D-Magnetfeldverteilung über die gesamte Magnetoberfläche,
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Inhomogenitäten in der Magnetfeldverteilung,
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Fehlausrichtung des gesamten Magnetfeldes,
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Mechanische und magnetische Kantenabrundungseffekte,
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Messung der gesamten magnetischen Leistung,
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Überprüfung der Maßhaltigkeit des Magneten.
"Der Combi-Scanner von Magcam hilft uns, die gesamte Magnetoberfläche ohne Einschränkung ihrer Form genau zu messen, sowohl flache als auch gekrümmte Magnetoberflächen. Nachdem wir die Herausforderung der gekrümmten Oberfläche mit dem Magcam-Team besprochen hatten, zögerten sie nicht, ein Add-on für ihre MagScope-Software zu entwickeln, das gekrümmte Konturen scannt, und entwarfen zusätzlich ein Haltewerkzeug für mehrere Magnete."
INBETRIEBNAHME UND SCHULUNG VOR ORT
Nach der Kalibrierung und Inbetriebnahme des Scanners durch die Magcam-Ingenieure vor Ort fand eine Schulung statt. Das Ziel war Ziel war es, den Ingenieuren beizubringen, wie man verschiedene Messaufbauten erstellt, Daten speichert und die Bediener darin schult, diese Messungen ausgehend von zuvor gespeicherten Layouts zu starten. Auch das Qualitätssicherungspersonal wurde in der Analyse, Speicherung und Verteilung der Analyseergebnisse geschult.
GESCHICHTE DER FALLSTUDIE
Der erste Kontakt mit dem Kunden fand vor ein paar Jahren auf einer Konferenz in Dänemark statt. Später kam es zu einem Treffen auf einer Messe in Deutschland, wo Magcams Experten am Stand die erste Live-Demomessung an den Magneten des Kunden durchführten. Danach wurde die Geheimhaltungsvereinbarung (NDA) unterzeichnet, und es kam zu weiteren ausführlichen Gesprächen. Der Kunde entschied sich für den Kauf des Magcam Combi Scanners, einschließlich der MagScope Software, nachdem Magcam einen Mess- und Analyseservice durchgeführt hatte.